鋼骨混凝土柱概論及施工技術(shù)工程實踐

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

1 前言

鋼骨砼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)建筑工程中越來越廣泛地被應(yīng)用于公共建筑的大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑等，各種類型的型鋼柱與鋼筋砼的良好結(jié)合能使二者充分發(fā)揮各自的優(yōu)異性能，為設(shè)計人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面上提供更多的選擇。

鋼骨砼（SRC）結(jié)構(gòu)是指在型鋼外圍配置鋼筋并澆筑砼的一種組合結(jié)構(gòu)。基本構(gòu)件為鋼骨砼梁和柱，其中鋼骨砼柱又簡稱SRC 柱。

昆明市官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目住院樓工程，抗震設(shè)防烈度8 度，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類）。地上19 層，地下3 層（含一層夾層）；一層層高為5.1m，其余樓層層高為3.9m，建筑高度為75.65m。采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中部分柱采用鋼骨砼柱。

本文以該工程為切入點，簡要介紹了鋼骨砼柱的概況，并詳細(xì)說明了工程中鋼骨砼柱的施工工藝。

2 SRC柱基本特點

在SRC 柱中，型鋼與外包鋼筋砼形成整體，共同承擔(dān)外荷載作用，可充分利用二者各自的優(yōu)異性能。與鋼筋砼柱相比，SRC 柱截面配置了型鋼，承載能力、剛度等都有很大程度的提高；同時實腹式型鋼的SRC 柱，抗剪承載力有很大提高，并且構(gòu)件的延性獲得了提高。較之與鋼結(jié)構(gòu)柱，SRC 結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材，造價低；同時型鋼外包砼能有效防止構(gòu)件的局部屈曲，提高了整體剛度。外包砼同時也改善了結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性能，避免了鋼結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常維護(hù)的弱點。另外，在鋼骨砼結(jié)構(gòu)中配置的型鋼，本身可作為承重骨架，承受施工荷載，便于施工。

總之，SRC 柱具有剛度大、延性好、抗震能力強(qiáng)，防火防腐性能好等優(yōu)點，因此越來越廣泛地被用于高層及高聳結(jié)構(gòu)、地震區(qū)的建筑物、承受大荷載的結(jié)構(gòu)以及大跨結(jié)構(gòu)等，為工程結(jié)構(gòu)抗震減震開辟了一條全新的途徑。

3 SRC柱的設(shè)計與計算

試驗表明，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本受力情況是相似的。SRC 柱正截面受壓承載力分成兩部分，砼、縱向鋼筋、型鋼翼緣承受一部分；另一部分由型鋼腹板承受。鋼骨砼柱正截面承載力計算應(yīng)按以下基本假定計算。

1)截面始終為平面。

2)砼的抗拉強(qiáng)度不考慮。

4)型鋼腹板的應(yīng)力圖簡化成等效矩形應(yīng)力圖形。

5)鋼筋、型鋼的應(yīng)力等于鋼筋、型鋼應(yīng)變與彈性模量相乘，其絕對值不應(yīng)大于與其相應(yīng)的強(qiáng)度設(shè)計值；縱向受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。

考慮地震設(shè)計的軸心受壓柱正截面受壓承載力應(yīng)符合公式(1)的規(guī)定

式中，N為軸向壓力設(shè)計值；Ac、分別代表砼、鋼筋、型鋼的截面面積；fc、、fa分別代表砼、鋼筋、型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；為軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)。

考慮地震設(shè)計的偏心受壓柱正截面受壓承載力應(yīng)符合公式（2）、（3）的規(guī)定

式中，Maw為型鋼腹板承受的軸向合力對受拉或受壓較小邊型鋼翼緣和縱向鋼筋合力點的力矩；Naw為型鋼腹板承受的軸向合力。

4 SRC柱一般規(guī)定及構(gòu)造要求

鋼骨砼框架柱受力型鋼的含鋼率不宜低于4%，且不宜超過15%。當(dāng)含鋼率超過15%時，應(yīng)適當(dāng)增加縱向鋼筋與箍筋的配筋量，并宜專門研究。型鋼的砼保護(hù)層最小厚度不宜小于200mm。

鋼骨砼柱的縱向受力鋼筋直徑不宜小于16mm；柱內(nèi)縱向鋼筋凈距不宜小于50mm，且不宜大于250mm。縱向鋼筋最小錨固長度、搭接長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5 SRC柱施工工藝

鋼骨砼柱所具有的施工難點主要包括：型鋼柱垂直方向精度控制要求高；標(biāo)準(zhǔn)層施工工期較短，鋼柱的吊裝、梁鋼筋與柱的搭接、砼澆筑等各種工序的交錯施工，施工難度大；型鋼柱砼澆筑、柱與上部梁交接處節(jié)點施工質(zhì)量要求高；型鋼柱的焊接質(zhì)量控制和一級焊縫探傷檢測，均應(yīng)滿足設(shè)計要求。

官渡區(qū)人民醫(yī)院住院樓工程采用鋼骨砼柱，分為A－P 型共15 種類型，鋼骨為型鋼。部分?jǐn)嗝嫒鐖D1 和圖2 所示。具體施工流程如下。

圖1 A型型鋼砼柱截面（mm）

圖2 B型型鋼砼柱截面（mm）

5.1 型鋼加工

切割前先去除母材表面的油污、鐵銹和潮氣，切割后氣割表面應(yīng)光滑無裂紋，除去所有表面殘渣。切割后矯正鋼材。考慮焊接變形后選擇合理的焊接順序，盡量采用對稱焊接。

5.2 鋼骨吊裝

根據(jù)鋼骨砼柱每次澆筑高度分節(jié)吊裝鋼骨，采用塔機(jī)進(jìn)行吊裝，就位后進(jìn)行臨時固定，經(jīng)校正檢驗合格后再進(jìn)行加固，然后與上一節(jié)已安裝好的鋼骨焊接。鋼骨砼中鋼柱安裝流程，如圖3所示。

第一節(jié)鋼柱吊裝時，先對基礎(chǔ)進(jìn)行找平，清理作業(yè)區(qū)域，在螺栓四面根據(jù)要求使用墊鐵組調(diào)整鋼柱標(biāo)高。以旋轉(zhuǎn)法一次起吊，起吊時注意避免拖拉和斜扯。每根鋼柱吊裝完成后，用纜風(fēng)繩將其拉住，然后對其進(jìn)行校正，并及時將纜風(fēng)繩收緊。

第一節(jié)鋼柱的吊裝，安裝前要對預(yù)埋件進(jìn)行復(fù)測，并在基礎(chǔ)上進(jìn)行放線。根據(jù)鋼柱的底標(biāo)高調(diào)整好螺桿上的螺帽。為便于吊裝鋼絲繩的解鉤和鋼梁安裝時人員上下施工的便利以及施工安全，鋼柱吊裝前還需在鋼柱上固定好爬梯并套好安全繩，然后鋼柱直接安裝就位，見圖4。

圖3 鋼柱安裝流程圖

圖4 鋼柱安裝就位示意圖

當(dāng)螺桿長度影響螺帽調(diào)整時，墊塊可放置在鋼柱的四角，測量人員跟蹤抄平，使鋼柱直接安裝到位。吊裝校正完畢鋼柱及相應(yīng)鋼梁后，及時對地腳進(jìn)行二次灌漿，使鋼柱進(jìn)一步穩(wěn)固。

地上鋼柱吊裝時，鋼柱上部設(shè)立吊點，吊點采用4 塊臨時附著耳板。吊裝前，應(yīng)先清理干凈下節(jié)底部的鋼柱頂面和本節(jié)鋼柱底面，保證對接接頭與頂面接觸。初步校正后，拉纜風(fēng)繩臨時固定。

5.3 鋼筋綁扎

柱、梁和剪力墻鋼筋通過鋼柱纏繞在一起。在施工中，應(yīng)考慮各種鋼筋插入順序，以便于更好的施工。由于鋼骨砼結(jié)構(gòu)中鋼筋密集，如處理不好，既滿足不了規(guī)范要求，還很可能影響到結(jié)構(gòu)安全。所以，鋼筋在鋼骨柱、梁中的節(jié)點處理是很重要的，施工中要盡可能減少對鋼骨柱、梁斷面的影響，當(dāng)梁、柱內(nèi)鋼筋不能避開鋼筋時，采用以下規(guī)則：鋼筋采用鋼筋塞焊法在型鋼上預(yù)焊，現(xiàn)場鋼筋采用直螺紋套筒連接。

5.4 立模

根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇模板材料和支模方法，鋼骨砼模板與普通砼模板不同之處在于鋼骨砼中有鋼骨骨架，砼未硬化前，鋼骨可作為鋼結(jié)構(gòu)承受荷載，即可在施工中承受砼的重量和施工荷載。

5.5 SRC柱澆筑砼

為確保砼的澆筑質(zhì)量，需采取以下措施。

1）考慮到鋼骨砼柱層高較高，因此在澆筑前需在鋼骨柱四周搭設(shè)施工操作平臺，平臺應(yīng)穩(wěn)固，并需設(shè)有安全圍擋。

2）鋼柱砼采用砼泵泵送和布料桿下料。由于鋼骨柱砼澆筑高度高，施工中可使用DN100 的長細(xì)軟管接在布料桿前端，保證它能穿過下料孔，同時略微加大砼坍落度。

3）待鋼骨柱鋼筋綁扎好、柱模板支設(shè)完后，進(jìn)行砼的澆筑。澆筑前，砼接觸面應(yīng)保持濕潤。為了避免砼粗集料自由落下的反彈現(xiàn)象，將細(xì)軟管插入下進(jìn)料口進(jìn)行第一次進(jìn)料，使軟管離砼表面的高度小于1m。

4）鋼骨內(nèi)砼用立式手工澆筑法，分層澆筑，分層振搗，分層厚度控制為0.5m，布料桿軟管邊下料邊提升，同時以插入式高頻振動棒振搗，上下振動，垂直且緩慢拔棒。

5）當(dāng)砼澆筑到要求標(biāo)高處時，改用普通型振動棒振搗，并適當(dāng)控制振搗時間，使砼中石子不完全下沉，呈均勻分布。

6）為確保水泥充分水化，以防水分流失，砼施工完成后，立即用濕的阻燃草袋覆蓋鋼骨柱的砼表面。在砼終凝前，每隔0.5h 用人工濕潤的阻燃草袋，以保證阻燃草袋的吸水飽和度。砼終凝后，表面仍用阻燃草袋覆蓋，澆水養(yǎng)護(hù)，直至上部砼澆筑完畢。

6 結(jié)語

鋼骨砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能和良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)使其前景十分光明，隨著工程應(yīng)用不斷發(fā)展擴(kuò)大，可以預(yù)想鋼骨砼結(jié)構(gòu)將成為繼砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的必不可少結(jié)構(gòu)形式之一。